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附录 A 生物视觉信息处理
A.1 人类视觉系统概述
A.1.1 人类视觉系统的组成
A.1.2 眼球的光学系统
A.1.3 视网膜
A.1.4 视觉通路
A.2 生物视觉信息处理
A.2.1 视觉信息的空间域处理
A.2.1.1 感受野
A.2.1.2 生物视觉系统中的特征检测
A.2.1.3 侧抑制
A.2.2 生理频率分析器
A.1
人类视觉系统概述
人的眼睛可以分辨出只有几十个光子的微弱光线 可以判断出垂直线不到 1 度的倾斜
可以引导人们穿过拥挤的路口 还可以认出图画中物体的名称等 总之眼睛具有许多功能
中国人甚至还有 眼见为实 的谚语 当然 这里所说的眼睛事实上是指眼 脑系统 眼
脑系统在完成上述这些视觉功能时涉及不同的视觉信息处理过程 人的视觉处理过程的特点
是它是一个从低到高的分层结构 例如 从一幅图画中认出图中的物体就需要不同层次的信
息处理 首先要分辨出表示物体的线条 这涉及低层的视觉信息处理 根据以往的知识和经
验 经过符号解释识别物体的类别就涉及高层的处理 对人类视觉的研究就是试图分辨这些
层次 弄清各个层次所起的作用 为此要进行各种实验研究 在这里我们所感兴趣的是对人
类视觉进行的心理物理学 psychophysical 和神经生理学 neurophysiology 实验 以及这
些实验结果对计算机视觉研究的影响 为了便于区分这两种实验的研究领域 我们来分析一
下眼睛和大脑细胞对输入刺激的响应情况 如图 A.1 所示 生物视觉系统的研究可分成二个
层次 第一层是关于单个神经细胞的特性 它研究当受到某种输入信号的刺激时单个细胞的
反应模式 这是神经生理学主要的研究内容 一般来说 神经生理学主要研究单个或一小簇
神经细胞的行为 这时通常要实验量测神经细胞对输入信号所作的编码输出 其中可能包括
输出编码信号的空间位置 作用频率 响应幅度等 当然 这些神
图 A.1 生物视觉系统的研究层次
经细胞是相互联系 共同配合产生输出的 特别在高层的视觉处理中更是这样的 但要研究
神经网络中的这些细胞是如何相互影响和作用是非常困难的 神经网络对视觉信息处理的作
用是生物视觉系统研究中的第二个层次 对这个层次的研究仅仅是建立在发现输入信息与感
单神经元
层次
神经网络 感知输出
细胞组织 输入信号
神经生理学
心理物理学